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Flüssigkristallanzeigevorrichtung
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Es wurde bereits eine große Anzahl von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
vorgeschlagen, bei denen im allgemeinen eine Zellenstruktur vorgesehen ist, die
eine dünne Lage aus Flüssigkristallmaterial sandwichartig zwischen zwei parallelen
Substraten, wie beispielsweise Glas, aufweist, wobei jedes einen elektroleitenden
Film auf einer Oberfläche in Berührung mit dem Flüssigkristallmaterial aufweist.
Mindestens einer der elektroleitenden Filme oder Schichten, die in Berührung mit
der dünnen Lage aus dem Flüssigkristallmaterial an beiden Seiten stehen, ist transparent.
Hinsichtlich der Steuerung der Orientierung der Moleküle des Flüssigkristallmaterials
und von deren Verhalten beim Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden wurden
zwei Steuerverfahren vorgeschlagen, und zwar die sogenannte verdrillte (twisted)
nematische Art, und die dynamische Streuung.
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Gemäß der erstgenannten Art werden die Moleküle des nematischen Flüssigkristallmaterials
in der Zelle zu einer Anordnung in der Weise veranlaßt, daß die Längsachse dieser
Moleküle parallel relativ zur Substratebene verläuft. Darüber hinaus werden die
Moleküle des nematischen Flüssigkristallmaterials benachbart zu einem der beiden
parallelen Substrate mit einem rechten
Winkel bezüglich der Ausrichtrichtung
derjenigen Moleküle ausgerichtet, die benachbart zum anderen der Substrate angeordnet
sind. Als nematisches Flüssigkristallmaterial kann irgendein Material mit positiver
dielektrischer Anisotropie verwendet werden. Wenn polarisierte Lichtstrahlen durch
eine solche Flüssigkristallzelle laufen, so wird die Polarisationsrichtung der Lichtstrahlen
um 900 verdreht. Wenn daher eine solche Flüssigkristallzelle zwischen einem Polarisator
und einem Analysator - deren Polarisationsebenen rechtwinklig bezüglich einander
angeordnet sind - angeordnet ist, so werden durch sowohl die Zelle als auch den
Analysator Lichtstrahlen laufen, die durch den Polarisator polarisiert wurden, solange
wie die Polarisationsebene des Polarisators parallel oder mit einem spitzen Winkel
bezüglich der Ausrichtrichtung der Flüssigkristallmoleküle gehalten wird, die benachbart
zum Substrat am nächsten zum Polarisator angeordnet sind.
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Diese bekannte Anzeigezelle kann man als ein helles oder weißliches
Bild sehen, wenn keine Spannung an die elektroleitenden Schichten angelegt ist.
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Beim Anlegen einer Spannung zwischen den elektroleitenden Schichten,
ausgebildet auf den Substratoberflächen, werden jedoch die Moleküle des Flüssigkristallmaterials
in der Anzeigezelle parallel zum elektrischen Feld orientiert, d.h. die Längsachse
der Moleküle wird senkrecht zur Ebene des Substrats ausgerichtet. Daher können die
durch die Zelle laufenden polarisierten Lichtstrahlen nicht durch das Flüssigkristallmaterial
in der Anzeigezelle verdreht werden, und wenn die Lichtstrahlen die Zelle verlassen,
so werden sie durch den Analysator aufgefangen. Auf diese Weise wird eine dunkle
oder schwarze Anzeige erreicht.
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Da das verdrillte oder vertwistete nematische Verfahren den Effekt
eines elektrischen Feldes bei der Orientierung der Moleküle für die Arbeit der Anzeigezelle
verwendet, verwendet es eine ziemlich kleine Menge elektrischer Leistung. Diese
Anzeige zelle ist jedoch vom Phänomen der Doppelbrechung begleitet, und demgemäß
ist ein scharfes Bild nur dann sichtbar,
wenn die Anzeigezelle in
einer Richtung betrachtet wird, bei der die Augen des Betrachters im wesentlichen
auf die Vorderseite dieser Vorrichtung gerichtet sind. Somit ist der Winkelbereich,
in dem ein scharfes Bild sichtbar ist, auf schmale Bereiche begrenzt. Dieser Nachteil
beschränkt die Verwendung dieser Anzeigezelle.
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Andererseits wird bei der Bauart mit dynamischer Streuung das nematische
Flüssigkristallmaterial mit negativer dielektrischer Anisotropie zwischen zwei parallelen
Glassubstraten in der Weise angeordnet, daß die Longitudinalachse der Flüssigkristallmoleküle
senkrecht oder parallel zur Substratebene ausgerichtet ist. Es sei bemerkt, daß
das nematische Flüssigkristallmaterial in seiner Elektroleitfähigkeit zuvor durch
Hinzufügung entsprechender Additive vergrößert wurde. Eine solche Anzeigezelle ist
von sich aus transparent, und wenn ein schwarzer Hintergrund unter der Zelle vorgesehen
wird, so sieht man die Anzeigezelle mit einer dunklen oder schwarzen Oberfläche.
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Wenn jedoch eine Spannung zwischen den elektroleitenden Filmen angelegt
wird, so läuft ein Ionenstrom durch die Zelle und stört die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle,
und infolgedessen werden Lichtstrahlen in vielen Richtungen in der Zelle gestreut
und demgemäß verwandelt sich die Anzeige eines weißlichen Bildes. Auf diese Weise
wird die Anzeige eines hellen lumineszenten oder weißlichen Bildes erzeugt.
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Obwohl die dynamische Streuung einen hohen Verbrauch elektrischer
Leistung infolge des Ionenstromflusses durch die Zelle zur Folge hat, ist der Winkel,
wo ein scharfes Bild sichtbar ist, wesentlich breiter als bei der Twist-Bauart.
Wenn man die Anzeigezelle der dynamischen Bauart in der Richtung betrachtet, in
der die von einer Lichtquelle kommenden Lichtstrahlen direkt in eines Betrachters
Auge fallen, so wird dieser Schwierigkeiten haben, das Anzeigebild festzustellen.
Diese Schwierigkeit wird dadurch vermieden, daß man eine Haube für eine Anzeigezelle
der
lichtreflektierenden Bauart vorsieht, oder aber dadurch, daß man für eine Zelle
der lichtdurchlassenden Bauart eine Jalousie vorsieht. Infolgedessen wird der Aufbau
der Flüssigkristallanzeigevorrichtung dieser Bauart kompliziert wegen dieser zusätzlichen
Mittel. Dies trägt auch zur Beschränkung der Verwendung der Anzeige zelle der dynamischen
Streubauart bei.
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Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine neue Anzeigevorrichtung
unter Verwendung eines Flüssigkristalls vorzusehen, wobei kombiniert die Vorteile
der üblichen nematischen Drallbauart und der üblichen dynamischen Streubauart vereinigt
werden, ohne daß die oben erwähnten Nachteile bekannter Vorrichtungen auftreten.
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ile Erfindung beabsichtigt also, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
vorzusehen, die eine Anzeige eines hellen oder weißlichen Bildes dann bewirkt, wenn
eine Spannung zwischen den Elektroden angelegt ist, wobei man deutlich ein Bild
in der Anzeige erkennen kann, ohne daß eine Haube oder irgendwelche zusätzlichen
Mittel erforderlich wären, und zwar unabhängig vom Winkel, unter dem die Frontstirnfläche
der Anzeigevorrichtung betrachtet wird.
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Zur Erreichung der genannten Ziele sieht die Erfindung insbesondere
die in den Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung angegebenen Maßnahmen vor.
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Weitere Ziele, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich
insbesondere aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung;
in der Zeichnung zeigt: Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt der Struktur
eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung;
Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung eines
elektrooptischen
Systems zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle
und den Polarisationsebenen eines Paars von Polarisatoren, vorgesehen in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung
der Fig. 1; Fig. 3 eine Darstellung der Abhängigkeit der Lichtstrahlendurchlässigkeit
von einer an die Vorrichtung angelegten Spannung, und zwar bei einem Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigevorrichtung.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein nematisches Flüssigkristallmaterial
mit negativer dieelektrischer Anisotropie (dieses Material kann wahlweise Additive
enthalten) zwischen transparenten Elektroden 1 und 2 angeordnet, die anhaftend jeweils
auf einer Seite von Substraten 3 und 4, wie beispielsweise Glas, vorgesehen sind,
und die parallel zueinander positioniert sind. Abstandselemente 6 sind zwischen
den Elektroden längs der oberen und unteren Kantenteile angeordnet, und dienen auch
zur Abdichtung einer dünnen Lage oder Schicht aus nematischem Flüssigkristallmaterial
5 innerhalb des Raums, der durch die entgegengesetzt angeordneten Elektroden 1 und
2 und die entgegengegesetzt angeordneten Abstandselemente 6, 6 einer Flüssigkristallanzeigezelle
7 definiert ist, welche durch die Elektroden 1, 2 getragen auf Substraten 3, 4 und
den Abstandselementen 6, 6 aufgebaut ist.
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Diejenigen Flüssigkristallmoleküle, die am dichtesten an der Elektrode
1 in Fig. 1 angeordnet sind, d.h. die am weitesten links vom Flüssigkristallmaterial
5 angeordneten Moleküle, sind parallel ausgerichtet, und zwar sowohl mit der Zeichenebene
als auch mit dem Substrat 3 in Fig. 1. Diese Orientierung der Flüssigkristallmoleküle
ist derart vorgesehen, daß diese progressiv zur Horizontalrichtung hin getwistet
oder verdrillt sind, wenn die Lage der Moleküle zur rechten Seite des Flüssigkristallmaterials
5 in Fig. 1 und an der Lage am dichtesten zur rechten Elektrode 2 betrachtet wird,
wobei die Moleküle in einer Richtung verdrallt durch einen Winkel e von der Vertikalorientierung
ausgerichtet sind, wobei aber die Ausrichtung parallel zur Ebene des Substrats 4
verbleibt. Dieser Winkel e kann im Bereich von
10° bis 1800 variieren.
Polarisatoren 8 und 9 s-ind in Berührung mit den Außenoberflächen der Substrate
3 bzw. 4 vorgesehen. Eine Schaltung ist zwischen den entsprechenden einen Enden
der Elektroden 1 und 2 vorgesehen, und zwar zur Verbindung mit einer Spannungsquelle
11, wobei ein Schalter 10 in diese Schaltung eingefügt ist.
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Fig. 2 zeigt eine schematische Explosionsansicht der Anzeigezelle
gemäß Fig. 1, um das Verständnis der Beziehung zwischen den Polarisationsebenen
der Polarisatoren 8 und 9 und dem Drill- oder Drallwinkel e der Flüssigkristallmoleküle
in der Anzeigezelle klarzumachen. Die Polarisationsebene des Polarisators 8, durch
welchen polarisierte Lichtstrahlen in die Zelle eintreten, verläuft parallel zur
Richtung der Ausrichtung, das heißt der longitudinalen Axialrichtung der Flüssigkristallmaterialmoleküle,
die am dichtesten zu der auf der dahinterliegenden Oberfläche des Substrats 3 vorgesehenen
Elektrode 1 angeordnet sind; dies ist in Fig. 2 durch einen großen vertikalen Pfeil
in einem den Polarisator 8 repräsentierenden Quadrat dargestellt. Die Polarisationsebene
des Polarisators 9, der als Analysator bezeichnet werden kann, ist so angeordnet,
daß ein weiterer Winkel von 90° eingenommen wird bezüglich der Richtung der Ausrichtung
der Flüssigkristallmoleküle, die am dichtesten zur rechten Elektrode 2 angeordnet
sind, d.h. relativ zum verdrillten Winkel e dieser Moleküle. Daher nimmt die Polarisationsebene
des Analysators 9 einen Winkel von 900 + e bezüglich der Polarisationsebene des
Polarisators 8 ein.
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Im Falle, daß der verdrillte oder Twist-Winkel 6 speziell 900 ist,
stehen die in der Anzeigezelle enthaltenen Flüssigkristallmoleküle nicht unter irgendeiner
unterschiedlichen Bedingung gegenüber dem Fall einer üblichen gedrillten nematischen
Flüsigkristallanzeigezelle, mit der Ausnahme des Vorzeichens der dielektrischen
Anisotropie des Flüssigkristalls. In einem solchen speziellen Beispiel entspricht
die Anzeigevorrichtung der Erfindung dem Fall, wo die Polarisationsebenen der Polarisatoren
8 und 9, die die Flüssigkristallzelle 7 sandwichartig dazwischen
aufnehmen,
parallel zueinander verlaufen, was im folgenden beschrieben wird.
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Das in der erfindungsgemäßen Anzeigezelle verwendete Flüssigkristallmaterial
besitzt eine negative dielektrische Anisotropie und kann in seiner Elektroleitfähigkeit
durch die Hinzufügung eines geeigneten Additivs vergrößert werden. Wenn der Schalter
10 zum Anlegen einer Spannung von der Spannungsquelle 11 zwischen den Elektroden
1 und 2 geschlossen wird, so geht ein Ionenstromfluß durch die Zelle und verursacht
die dynamische Streuung der Moleküle, wodurch eine Anzeige eines hellen oder weißlichen
Bildes bewirkt werden kann. Man kann somit sagen, daß die erfindungsgemäße Anzeigezelle,
bei der der verdrillte Winkel 6 900 ist, zur dynamischen Streubauart hinsichtlich
des Verhaltens der eine Anzeige bewirkenden Flüssigkristallmoleküle, d.h. hinsichtlich
des Anzeigebetriebsmechanismus, angesehen werden kann, wohingegen ferner gesagt
werden kann, daß die erfindungsgemäße Zelle zur verdrillten nematischen Bauart bezüglich
der Orientierung der Moleküle in der Zelle gehört.
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Fig. 3 zeigt ein Beispiel der Durchlaßeigenschaft eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigevorrichtung. Aus Fig. 3 erkennt man,
daß dann, wenn der Twist-Winkel 6 sich 900 nähert, diejenigen Schwellenspannungswerte
klarer feststellbar oder erkennbar sind, bei denen die Lichtstrahlendurchlässigkeit
bemerkenswert anzusteigen beginnt.
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Die erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeigevorrichtung besitzt beispielsweise
die folgenden Vorteile: 1. Der Kontrast zwischen einem Anzeigebild und einem Hintergrund
ist im wesentlichen ebenso hoch wie der,den man bei der verdrillten nematischen
Anzeigezelle erhält; 2. Der Sichtwinkel, innerhalb von dem man das klare Bild sieht,
hat im wesentlichen eine Größe von 1800; 3. Das Vorsehen zusätzlicher Mittel, wie
beispielsweise einer Haube, einer Jalousie oder Abschirmung od.dgl. zum Auffangen
der einfallenden Lichtstrahlen, die direkt von einer Lichtquelle
kommen
oder von äußeren Lichtstrahlen, die von der Umgebung kommen, sind nicht notwendig;
4. Der Schwellenwert der Spannung wird deutlich beobachtet.
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Dies macht die Konstruktion einer Schaltung zum Betreiben der Anzeigezelle
leicht und macht auch die Konstruktion einer Matrixtreiberanzeige einfach.
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Im Falle eines cholesterischen Flüssigkristalls wird ein Anteil von
ungefähr 0,1 bis 10% dem erfindunsgemäß verwendeten nematischen Flüssigkristallmaterial
hinzugegeben, wobei der Spannungsschwellenwert auf einen Wert abgesenkt wird, der
ungefähr ein Drittel oder weniger desjenigen Wertes beträgt, der in dem Falle beobachtet
wird, wo das nematische Flüssigkeitskristallmaterial alleine in der Zelle verwendet
wird. Daher kann die Vorrichtung auf einer wesentlich niedrigeren Spannung betrieben
werden, und es kann dennoch eine gleichförmige Anzeige mit hoher Qualität erreicht
werden.
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Es sei bemerkt, daß die Flüssigkristallanzeigevorrichtung der Erfindung
mit ähnlich guten Ergebnissen auch betrieben werden kann bei Anordnung derart, daß
die Richtung der einfallenden Lichtstrahlen umgekehrt gegenüber Fig. 2 wird, d.h.
polarisierte Lichtstrahlen treten in die Zelle von der rechten Seite der Vorrichtung
ein und verlassen sie durch die linke Seite.
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Wenn ein Reflektor an der Rückseite befestigt ist, d.h. der Rückseite
der erfindungsgemäßen Flüsigkristallanzeigevorrichtung, so kann diese Anzeigevorrichtung
als eine Anzeigevorrichtung der reflektierenden Bauart verwendet werden.
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Ein Beispiel eines in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbaren
Flüssigkristallmaterials sei im folgenden angegeben.
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Es kann sich um eine Mischung handeln, bestehend aus p-Methoxybenzyliden-p'-n-butylanilin
(MBBA) und p-Äthoxybenzyliden-p' -n-butylanilin (EBBA) in einem Mischverhältnis
basierend auf Gewicht, von 1:1. Zum Erhalt einer Orientierung der Flüssigkristallmoleküle
auf
dem Glassubstrat parallel mit dessen Ebene kann die Schicht auf dem Substrat mit
einem geeigneten Tuch gerieben werden, oder ein chemisches Agens kann hinzugegeben
werden, welches in der Lage ist, eine Parallelorientierung hervorzurufen (wie beispielsweise
Silan-Chemikalien). Darüber hinaus ist es zur Vergrößerung der Elektroleitfähigkeit
des Flüssigkristallmaterials bis zu ungefähr 10 9 S/cm nur notwendig, beispielsweise
Tetrabutylammoniumchlorid hinzuzufügen.
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Zusammenfassend sieht die Erfindung somit eine Anzeigevorrichtung
unter Verwendung eines Flüssigkristalls vor und umfaßt eine Flüssigkristallzelle,
gebildet durch eine dünne Lage aus einem nematischen Flüssigkristall mit einer negativen
dielektrischen Anisotropie, wobei eine erste und zweite transparente Elektrode anhaftend
am ersten bzw. zweiten Substrat angeordnet ist, und wobei die erwähnte dünne Lage
aus nematischem Flüssigkristall zwischen diesen Elektroden getragen ist, und wobei
ferner erste und zweite Polarisatoren vorgesehen sind, die anhaftend in Berührung
mit denjenigen Oberflächen der ersten und zweiten Substrate stehen, die nicht die
Elektroden tragen, und wobei ferner Abstands- und Abdichtmittel abdichtend zwischen
einem der Enden der zwei Elektroden vorgesehen sind, wobei diejenigen Flüssigkristallmoleküle,
die dichter zur ersten Elektrode angeordnet sind, in einer Richtung parallel zur
Ebene des ersten Substrats ausgerichtet sind, während die Flüssigkristallmoleküle,
die dichter zur zweiten Elektrode angeordnet sind, parallel zur Ebene des zweiten
Substrats ausgerichtet sind, wobei ein Winkel 6 relativ zur erwähnten einen Richtung
der dichter an der ersten Elektrode angeordneten Moleküle gebildet wird, wobei e
im Bereich von 100 bis 1800 liegt; auf diese Weise nehmen die Polarisationsebenen
der zwei Polarisatoren einen Winkel von # + 90° bezüglich einander an. Dadurch kann
diese Anzeigevorrichtung eine Anzeige eines hellen oder weißlichen Bildes bewirken,
und zwar infolge der dynamischen Molekülstreuung, hervorgerufen dann, wenn eine
Spannung zwischen den zwei Elektroden angelegt ist.
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- Patentansprüche -
L e e r s e i t e